导航提示一条小路能省5分钟。你换了路线,其他驾驶者也在作同样的判断;不久,小路及通往它的窄路一起挤满,原来的比较就被大家的行动改写了。

一条路本身更短,并没有固定住所有人改道后的路况。布雷斯悖论讨论的,是路网增加一条连接后,自发选择形成的新均衡,反而可能让每个人花更多时间。1968年,德国数学家Dietrich Braess用数学模型指出了这种可能。[1]

穿过街区的新捷径吸引车辆汇入,两端形成队列,外侧道路相对空闲
捷径吸引流量的概念插画,不是真实城市地图或实测车流。

1990年,纽约关了一条繁忙大街

1990年的地球日,纽约关闭了42街。担忧很容易理解:本来就很拥挤的街道不能再走,车辆岂不是要涌到周围?

Gina Kolata在当年12月25日的《纽约时报》报道中,记录了一个出人意料的结果:预想的大堵车没有出现,交通反而改善了。报道的标题就问,如果关掉42街,却没有人觉得交通变坏,会怎样?[3]

这是一则真实城市中的观察,不能直接证明所有变化都由四节点模型造成。先把出发地、目的地和需求固定,才能看清悖论在一个小网络里究竟怎样发生。

四个节点,算出65分钟

设4000辆车从A到D。原来有两条路:上方A—B—D,下方A—C—D。

  • A—B与C—D是窄路,每段通过x辆车,耗时x/100分钟。
  • A—C与B—D各用45分钟;在这个理想模型里,它们的时间不随流量变。
  • 接下来要新增的是B到C的连接,暂把它的耗时设为0。
四个节点的布雷斯悖论示意路网A为起点,D为终点。A到B与C到D的时间是x除以100分钟,A到C与B到D各45分钟。新增虚线从B到C,时间设为0。箭头表示允许的行驶方向。x/1004545x/1000起点终点ABCD
理想化的有向路网。虚线为B到C的新连接,数字是模型规定的时间;窄路的x代表该段车流。

计算条件与图中数据

新路没开时,上下各分2000辆车,每条窄路都是20分钟,加上固定45分钟,全程65分钟。

假如上路挤得比下路更满,上路就更慢,一些人会愿意换到下路。在这个对称模型里,各走一半使两条已用路线的时间相等,没有哪条旧路线能给单独改道的人明显好处。

第一批抄近道的人,只要约40分钟

中间连接一开,驾驶者可以走A—B—C—D:上方窄路约20分钟,中间0分钟,下方窄路约20分钟,总共约40分钟。对眼前的一个人,它确实比65分钟诱人。

问题是,这份好处会吸引更多人。每增加一批走中间路线的车,两条窄路都多承担一批流量,捷径的时间逐渐上升。

当所有4000辆车都走中间,每条窄路变成40分钟,捷径全程80分钟,比新路开通前多出15分钟。

如果此时有人想回到上方旧路线,需要40分钟窄路加45分钟固定路段,共85分钟;回下方也一样。大家都觉得自己不该先退出,便停在一个共同更慢的结果里。

场景路段时间全程
新路未开,上下各2000辆20+4565分钟
刚开新路时,少量驾驶者改走中间20+0+20,近似忽略一辆车的影响约40分钟
全部4000辆改走中间40+0+4080分钟
在新均衡中单独改回外侧40+4585分钟

仍然比较快,怎么已经比以前慢了

把走中间路线的车数记作q,剩下的车在两条外侧路线对称分配。两条窄路便各承担2000+q/2辆车。因此:

中间路线:40+q/100分钟

当下的外侧路线:65+q/200分钟

捷径人数增加时两种路线的模型时间4000辆车,除捷径车辆外的其余车辆在上下外侧对称分流。中间用时40加q除以100,外侧65加q除以200。捷径在q大于2500时慢于原来的65分钟,但一直快于当下外侧。01000200030004000选择捷径的车辆数 q406080模型通勤时间(分钟)当下外侧路线中间捷径未开新路时65分
按上述对称分流模型计算。捷径人数从0增至4000时,中间路线始终比当下外侧路线快;但它在超过2500辆后,已经慢于未开新路时的65分钟。曲线不是城市监测数据。

计算条件与图中数据

当q超过2500,中间路线就超过了原来的65分钟。但在同一个当下,它仍比外侧路线少用时间。个人于是继续选择它,直到全体都来到80分钟。

这类状态是交通中的用户均衡,也可以理解为没有人能靠单独改变路线获利的纳什式均衡。没人愿意单独改,不等于全体已经得到最好结果。

新路其实没有删掉旧方案:若有合适的组织方式,仍可保持原来的分流。变差的是自由选择后落到的均衡,而不是所有可行方案同时都变差了。

剪断一根支撑绳,重物反而升高

把新连接封闭,模型重新回到上下分流的65分钟,每人比80分钟少花15分钟。这个结构效应甚至不一定需要会思考的司机。

Cohen与Horowitz在1991年的《自然》论文里,描述了一种特定的绳索、弹簧网络:剪断指定的支撑绳后,各部分重新分担负载,重物在新的平衡位置反而升高。[2]

他们还给出电阻与齐纳二极管构成的特定电路类比:增加一条载流路径,整体压降反而增大。这里有具体的连接与元件条件,不能把它泛化成任意绳子都能剪、任意普通电阻并联都会更差。

从路段到弹簧、电路,值得注意的都是同一类提问:结构改变后,流量或负载怎样重新分配,而不只是单独拿出新增或删除的那一段看起来怎样。

拆路、收费与出行选择

真实城市里,人们还会改变出发时间、目的地,甚至改坐公共交通。首尔清溪川改造,就是一个需要把这些变化一起考虑的例子。

项目交通研究负责人Kee Yeon Hwang在2011年的访谈中回顾,原有走廊每天约承载16.8万车次。恢复工程在2003年进入施工、2005年完成;团队在施工前后监测,原先担忧的交通混乱并未出现,部分出行转向公共交通。[4]

16.8万说的是走廊承载量,不能随意改成被拆高架本身的唯一精确流量。首尔同时讨论公共交通与道路组织,出行需求也会响应,因而不等同于需求固定4000辆的小模型。

另一种办法是改变使用道路的价格。纽约于2025年1月5日启动中央商务区拥堵收费,范围大体在曼哈顿60街及以南,并有边界道路等例外。纽约州2026年1月5日的周年公告称,首年进入收费区的车次减少约2700万、约11%。[5]

这是一整年、特定收费区、按官方统计口径作出的比较,不是2700万辆不同的汽车,也不能直接当成每个城市收费都会得到的效果。它展示的是改变激励后,出行选择和交通条件可能一起变化。

看见捷径以后,再多算一层

导航里的某次路线比较,面对的是当时的路况。如果许多人一起响应,下一刻需要比较的已经是另一份路况。判断一条连接有没有改善效率,要把大家改变选择后的结果也算进去。

布雷斯悖论因而没有给所有城市开出“少修路”的统一答案。道路时延怎样随流量变化,需求有多大,是否有管理或收费,都会影响结果。若时延完全不随流量改变,就没有这里这套拥堵重分配机制。

“欲速则不达”在这个例子里有了一种可计算的含义:每个人都找到当下对自己更快的路,仍可能共同改变条件,把全体推向一个更慢的均衡。